Directives pratiques pour améliorer la fiabilité des circuits imprimés

La fiabilité des circuits imprimés à haute performance ne se mesure pas uniquement aux tests effectués après la production.

D’après notre expérience, la fiabilité à long terme est fortement influencée par le choix des matériaux, la conception de l’empilement, la complexité de la fabrication et la stabilité du processus.

Forts de plus de 25 ans d'expérience dans la fabrication de circuits imprimés, nous recommandons de prendre en compte les points suivants :

PCB haute fiabilité

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1. Choisissez le bon matériau pour circuit imprimé — MTG offre souvent le meilleur compromis.

Pour les applications à haute fiabilité, le choix des matériaux est l'un des facteurs les plus importants.

Les matériaux Tg standard sont économiques, mais pour réduire encore les coûts, certains matériaux peuvent contenir un pourcentage plus élevé de charges inorganiques.

Une teneur excessive en agents de remplissage peut :

• Augmenter la fragilité des circuits imprimés
• Réduire le flux de résine pendant la stratification
• Influence sur le remplissage de résine entre les tissus de verre
• Augmenter le risque de défauts d'interconnexion (DIC)

Les matériaux à haute Tg offrent d'excellentes performances thermiques, mais sont généralement plus coûteux.

Dans de nombreuses applications automobiles de circuits imprimés, les matériaux Mid Tg (MTG) sont largement sélectionnés car ils offrent un bon équilibre entre fiabilité et rapport coût-performance.

Le choix du matériau optimal dépend de :

• Température de fonctionnement
• exigences en matière de cyclage thermique
• Durée de vie du produit
• Objectif de coût

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2. Évitez autant que possible une épaisseur de panneau excessive.

Un circuit imprimé plus épais n'est pas toujours plus fiable.

Lorsque les exigences d'impédance et les exigences mécaniques le permettent, on préfère souvent des cartes plus minces.

Pour de nombreuses applications :

1.6 mm ou moins est un choix pratique et stable.

Une épaisseur excessive peut augmenter :

• Stress thermique
• Difficulté de plastification
• Complexité de fabrication

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3. Limitez au maximum le nombre de calques.

Plus de couches ne signifie pas toujours une meilleure fiabilité.

Lorsque la conception le permet :

• PCB simple face
• PCB double face
• PCB 4 couches

sont généralement plus faciles à fabriquer et à contrôler.

À mesure que le nombre de couches augmente :

• Davantage de cycles de lamination sont nécessaires
• Les variables de fabrication augmentent
• Le contrôle des processus devient plus difficile

Pour une production à grand volume, même une petite variation de processus peut engendrer des risques pour la fiabilité.

Une structure de circuit imprimé plus simple est souvent une structure de circuit imprimé plus stable.

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4. Choisir la finition de surface en fonction des exigences de l'application

Le choix de la finition de surface doit correspondre aux exigences du composant.

HASL

Recommandé lorsque :

• Aucun composant à pas fin
• Pas de petits coussins
• Exigences SMT standard

HASL est une finition de surface éprouvée et stable.

ENIG

Recommandé lorsque :

• Des composants à pas fin sont utilisés
• Les boîtiers BGA/QFN sont nécessaires
• Il existe des exigences de surface plane

Pour les applications ENIG, nous recommandons de spécifier :

épaisseur minimale d'or de 2 µ"

Les procédés HASL et ENIG sont tous deux des finitions de surface éprouvées et fiables lorsqu'elles sont correctement maîtrisées.

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5. Maintenir un espacement suffisant entre les électrodes pour réduire le risque de défibrillateur automatique implantable

La conception des circuits imprimés influe directement sur la fiabilité de la fabrication.

Lorsque cela est possible :

Maintenez un espacement entre les pastilles supérieur à 0.4 mm.

Un espacement insuffisant peut augmenter :

• risque de carence en résine
• Les défis de la plastification
• Possibilité de défaut d'interconnexion (DIC)

La fiabilité d'un circuit imprimé repose sur une bonne conception.

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6. Évitez l'IDH sauf si c'est vraiment nécessaire.

La technologie HDI offre d'excellentes capacités de routage.

Cependant, les microvias laser introduisent des défis de fabrication supplémentaires par rapport aux trous traversants traditionnels.

Lorsqu'une structure traversante classique peut satisfaire aux exigences électriques :

Une conception traversante plus simple est souvent privilégiée pour une fiabilité à long terme.

L'IDH doit être sélectionné lorsque cela est requis par :

• Densité des composants
• Miniaturisation
• Exigences d'intégrité du signal

Pas simplement parce qu'il s'agit d'une technologie plus avancée.

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7. S'assurer d'une épaisseur de cuivre suffisante pour le métallisation des trous traversants.

La fiabilité des vias dépend fortement de l'épaisseur du cuivre à l'intérieur de la paroi du trou.

Alors que les exigences de la classe 2 de l'IPC définissent des critères d'acceptation minimaux, l'augmentation de l'épaisseur du cuivre des trous peut améliorer considérablement la marge de fiabilité.

Pour les applications à haute fiabilité, nous recommandons :

Épaisseur du cuivre des trous ≥ 25 µm

Un plaquage en cuivre plus épais réduit le risque de :

• fissures dues aux cycles thermiques
• Fissures du canon
• par rupture par fatigue

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Conclusion

La fabrication de circuits imprimés à haute fiabilité ne s'obtient pas par un seul procédé.

Cela provient de la combinaison de :

• Bon choix des matériaux
• Conception d'empilement fiable
• Procédés de fabrication contrôlés
• Finition de surface appropriée
• Complexité raisonnable

Dans de nombreux cas, une structure de circuit imprimé plus simple et bien maîtrisée peut offrir une meilleure fiabilité à long terme qu'une conception inutilement complexe.